ES2973426T3 - Separator for alkaline cells - Google Patents

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ES2973426T3
ES2973426T3 ES18855678T ES18855678T ES2973426T3 ES 2973426 T3 ES2973426 T3 ES 2973426T3 ES 18855678 T ES18855678 T ES 18855678T ES 18855678 T ES18855678 T ES 18855678T ES 2973426 T3 ES2973426 T3 ES 2973426T3
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ES18855678T
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M Edgar Armacanqui
Andrew J Roszkowski
Donald Raymond Crowe
John L Hadley
Matthew Hennek
Tim F Turba
Gloria Zhu
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Abstract

Una celda electroquímica alcalina incluye un cátodo; un ánodo gelificado que tiene un material activo del ánodo y un electrolito; y un separador dispuesto entre el cátodo y el ánodo; en el que el separador incluye un material poroso no conductor que tiene un tamaño de poro medio de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 5 micrómetros, un tamaño de poro máximo de aproximadamente 19 micrómetros y una permeabilidad al aire de aproximadamente 0,5 cc/cm2/s a aproximadamente 3,8 cc. /cm2/s a 125 Pa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)An alkaline electrochemical cell includes a cathode; a gelled anode having an anode active material and an electrolyte; and a separator disposed between the cathode and the anode; wherein the separator includes a non-conductive porous material having an average pore size of about 1 micrometer to about 5 micrometers, a maximum pore size of about 19 micrometers, and an air permeability of about 0.5 cc/cm2/s to about 3.8 cc/cm2/s at 125 Pa. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Separador para celdas alcalinas Separator for alkaline cells

Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas Cross reference to related applications

Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No 62/559,385, presentada el 15 de septiembre de 2017. This application claims the benefit of United States Provisional Patent Application No. 62/559,385, filed on September 15, 2017.

Campo Field

La tecnología actual está generalmente relacionada con el campo de las celdas electroquímicas. En particular, la tecnología está relacionada con separadores para celdas electroquímicas, los separadores presentan un tamaño de poro y una permeabilidad al aire mejorados. El documento WO 02/068746 divulga un material separador de baterías laminado. El documento US 2014/0134498 se refiere a medios separadores para celdas electroquímicas. El documento EP 2077593 divulga un separador de baterías alcalinas, un proceso para su producción y baterías alcalinas. El documento WO 03/043103 se refiere a un separador no tejido para una celda electroquímica. El documento EP 1737004 divulga un separador para un elemento electroquímico. Current technology is generally related to the field of electrochemical cells. In particular, the technology is related to separators for electrochemical cells, the separators feature improved pore size and air permeability. WO 02/068746 discloses a laminated battery separator material. Document US 2014/0134498 refers to separator means for electrochemical cells. Document EP 2077593 discloses an alkaline battery separator, a process for its production and alkaline batteries. WO 03/043103 relates to a nonwoven separator for an electrochemical cell. EP 1737004 discloses a separator for an electrochemical element.

Resumen Summary

La presente invención proporciona una celda electroquímica alcalina según la reivindicación 1 y un separador de celda electroquímica alcalina según la reivindicación 7. The present invention provides an alkaline electrochemical cell according to claim 1 and an alkaline electrochemical cell separator according to claim 7.

En las reivindicaciones dependientes se exponen diversas características opcionales. Various optional features are set forth in the dependent claims.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

La figura 1 ilustra un gráfico de interacción para el rendimiento ANSI sin retardo para una celda LR6 que incluye un separador de acuerdo con la presente divulgación. Figure 1 illustrates an interaction graph for non-delay ANSI performance for an LR6 cell that includes a separator in accordance with the present disclosure.

La figura 2 es un gráfico que ilustra el rendimiento en el cuidado personal para una celda LR6 que incluye un separador de acuerdo con la presente divulgación. Figure 2 is a graph illustrating personal care performance for an LR6 cell that includes a separator in accordance with the present disclosure.

La figura 3 es un gráfico que ilustra el rendimiento a alta temperatura de la prueba del juguete después de 1 semana de almacenamiento a 160 °F, y de la prueba de juego después de 2 semanas de almacenamiento a 130 °F, para una celda LR6 que incluye un separador de acuerdo con la presente divulgación. Figure 3 is a graph illustrating the high temperature performance of the toy test after 1 week of storage at 160°F, and of the play test after 2 weeks of storage at 130°F, for an LR6 cell. which includes a spacer in accordance with the present disclosure.

La figura 4 es un gráfico que ilustra el rendimiento de las pruebas de DSC a alta temperatura de la celda LR6 después de 2 semanas de almacenamiento a 130 °F. Figure 4 is a graph illustrating the high temperature DSC testing performance of the LR6 cell after 2 weeks of storage at 130°F.

La figura 5 ilustra un gráfico de interacción para una comparación del rendimiento ANSI sin retardo de celdas LR6 que incluyen un separador de acuerdo con la presente divulgación. Figure 5 illustrates an interaction graph for a comparison of the non-delay ANSI performance of LR6 cells that include a separator in accordance with the present disclosure.

La figura 6 es un gráfico que ilustra el rendimiento de DSC de celdas LR6 que incluyen un separador de acuerdo con la presente divulgación. Figure 6 is a graph illustrating the DSC performance of LR6 cells including a separator in accordance with the present disclosure.

La figura 7 es un gráfico que ilustra el rendimiento en el cuidado personal para las celdas LR6 y cuyo rendimiento se ilustra en la figura 5 y la figura 6. Figure 7 is a graph illustrating personal care performance for LR6 cells and whose performance is illustrated in Figure 5 and Figure 6.

La figura 8 es un gráfico que ilustra el rendimiento del almacenamiento a alta temperatura para celdas LR6 y cuyo rendimiento se ilustra en la figura 5 y la figura 6. Figure 8 is a graph illustrating high temperature storage performance for LR6 cells and whose performance is illustrated in Figure 5 and Figure 6.

Cabe señalar además que el diseño o la configuración de los componentes presentados en estas figuras no están a escala y/o están destinados únicamente a fines ilustrativos. It should also be noted that the design or configuration of components presented in these figures are not to scale and/or are intended for illustrative purposes only.

Descripción detallada Detailed description

A continuación, se describen diversas realizaciones. Cabe señalar que las realizaciones específicas no pretenden ser una descripción exhaustiva ni una limitación de los aspectos más amplios discutidos en el presente documento. Un aspecto descrito junto con una realización particular no se limita necesariamente a esa realización y puede practicarse con cualquier otra realización. Various embodiments are described below. It should be noted that the specific embodiments are not intended to be an exhaustive description or limitation of the broader aspects discussed herein. An aspect described in conjunction with a particular embodiment is not necessarily limited to that embodiment and may be practiced with any other embodiment.

Tal como se utiliza en el presente documento, "aproximadamente" lo entenderán las personas con conocimientos habituales en la técnica y variará hasta cierto punto dependiendo del contexto en el que se utilice. Si hay usos del término que no son claros para los expertos en la técnica, dado el contexto en el que se usa, "aproximadamente" significará hasta más o menos el 10% del término particular. As used herein, "approximately" will be understood by those of ordinary skill in the art and will vary to some extent depending on the context in which it is used. If there are uses of the term that are not clear to those skilled in the art, given the context in which it is used, "about" will mean up to plus or minus 10% of the particular term.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término "ánodo de zinc" se refiere a un ánodo que incluye zinc como material activo del ánodo. As used herein, the term "zinc anode" refers to an anode that includes zinc as an active anode material.

Como se usa en el presente documento, "finos" son partículas que pasan a través de un tamiz de malla estándar 200 en una operación de tamizado normal (es decir, con el tamiz agitado a mano). El "polvo" consiste en partículas que pasan a través de un tamiz de malla estándar 325 en una operación de tamizado normal. "Grueso" consiste en partículas que no pasan a través de un tamiz estándar 100 de malla en una operación de tamizado normal. Los tamaños de malla y los tamaños de partículas correspondientes como se describen aquí se aplican a un método de prueba estándar para el análisis de tamiz de polvos metálicos que se describe en ASTM B214. Normalmente, los finos comprenden partículas de menos de 75 pm, los gruesos comprenden partículas de más de 150 pm y el polvo comprende partículas de menos de 45 pm. As used herein, "fines" are particles that pass through a standard 200 mesh sieve in a normal sieving operation (i.e., with the sieve shaken by hand). "Dust" consists of particles that pass through a standard 325 mesh sieve in a normal sieving operation. "Coarse" consists of particles that do not pass through a standard 100 mesh sieve in a normal sieving operation. The mesh sizes and corresponding particle sizes as described here apply to a standard test method for sieve analysis of metal powders that is described in ASTM B214. Typically, fines comprise particles less than 75 pm, coarse particles comprise particles greater than 150 pm, and powder comprises particles less than 45 pm.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término "ppm" significa partes por millón en peso, a menos que se exprese explícitamente lo contrario. As used herein, the term "ppm" means parts per million by weight, unless explicitly stated otherwise.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término "permeabilidad al aire" denota el volumen de aire que se permite fluir por área del separador. As used herein, the term "air permeability" denotes the volume of air that is allowed to flow per area of the separator.

La presente divulgación está dirigida a mejorar el rendimiento de las celdas, tales como las celdas alcalinas. La divulgación también está dirigida a suprimir reacciones indeseables en la interfaz separador-electrodo que pueden provocar un cortocircuito eléctrico del ánodo al cátodo. The present disclosure is directed to improving the performance of cells, such as alkaline cells. The disclosure is also directed at suppressing undesirable reactions at the separator-electrode interface that can cause an electrical short circuit from the anode to the cathode.

Las celdas electroquímicas alcalinas están equipadas con un separador para separar físicamente el ánodo y el cátodo y evitar que la corriente electrónica pase a través de ellos. Además, el separador funciona para permitir el paso de la corriente iónica con obstáculos mínimos y mantener la superficie de zinc adecuadamente humedecida por el electrolito. Idealmente, el separador debería tener un espesor seco uniforme y una distribución uniforme del tamaño de los poros. Alkaline electrochemical cells are equipped with a separator to physically separate the anode and cathode and prevent electronic current from passing through them. Additionally, the separator functions to allow the passage of ionic current with minimal obstacles and keep the zinc surface adequately wetted by the electrolyte. Ideally, the separator should have a uniform dry thickness and a uniform pore size distribution.

Las celdas alcalinas convencionales emplean típicamente una lámina separadora no tejida como separador. La lámina normalmente se enrolla o envuelve sobre sí misma para formar una forma cilíndrica que luego se dispone entre los materiales del electrodo del ánodo y del cátodo, estando contenido el material del ánodo dentro del separador. Muchas veces, el bobinado o envoltura se realiza varias veces para garantizar una separación suficiente y eficiente entre los electrodos (es decir, que haya suficiente superposición para garantizar que se eviten fugas y cortocircuitos entre el ánodo y el cátodo). A modo de ilustración, cuando la envoltura se realiza con tres envolturas integrales, se puede decir que tiene una disposición de envoltura con separador de 1x3, es decir, una única hoja enrollada/envuelta sobre sí misma en forma de rollo, tres veces. Esta disposición normalmente da como resultado un separador grueso que ocupa un volumen significativo en la celda, lo que resulta en una disminución sustancial en el volumen disponible necesario para los ingredientes activos, tales como las partículas de ánodo de zinc. Esto es especialmente cierto para celdas más pequeñas como las LR06 o LR03, donde las dimensiones exteriores de la celda están estandarizadas y no se pueden cambiar. Ahora se ha descubierto que el número de envolturas separadoras en celdas electroquímicas se puede reducir proporcionando un separador con propiedades mejoradas tales como tamaño de poro y permeabilidad al aire. Conventional alkaline cells typically employ a nonwoven separator sheet as a separator. The sheet is normally rolled or wrapped around itself to form a cylindrical shape which is then arranged between the anode and cathode electrode materials, the anode material being contained within the separator. Many times, the winding or wrapping is done multiple times to ensure sufficient and efficient separation between the electrodes (i.e. that there is enough overlap to ensure that leakage and short circuits between the anode and cathode are avoided). By way of illustration, when the wrapper is made with three integral wrappers, it can be said to have a 1x3 separator wrapper arrangement, i.e. a single sheet rolled/wrapped onto itself in a roll shape, three times. This arrangement typically results in a thick separator that occupies a significant volume in the cell, resulting in a substantial decrease in the available volume needed for active ingredients, such as zinc anode particles. This is especially true for smaller cells like the LR06 or LR03, where the outside dimensions of the cell are standardized and cannot be changed. It has now been discovered that the number of separator shells in electrochemical cells can be reduced by providing a separator with improved properties such as pore size and air permeability.

En un aspecto, se proporciona una celda electroquímica alcalina. La celda incluye un cátodo, un ánodo que incluye un material activo del ánodo y un electrolito, y un separador dispuesto entre el cátodo y el ánodo. En otro aspecto, un separador de celda electroquímica alcalina incluye un material poroso del tamaño de poro y permeabilidad al aire deseados para permitir un número reducido de envolturas de separador dentro de la celda electroquímica, en comparación con las construcciones de celda convencionales. In one aspect, an alkaline electrochemical cell is provided. The cell includes a cathode, an anode including an anode active material and an electrolyte, and a separator disposed between the cathode and the anode. In another aspect, an alkaline electrochemical cell separator includes a porous material of desired pore size and air permeability to allow a reduced number of separator envelopes within the electrochemical cell, compared to conventional cell constructions.

El separador puede estar hecho de cualquier material poroso tejido o no tejido, resistente a los álcalis, permeable a los iones, no conductor, sintético o natural, incluyendo, entre otros, materiales poliméricos, Tencel® (lyocell), pulpa de madera mercerizada, polipropileno, polietileno, celofán, celulosa, metilcelulosa, rayón, nailon y combinaciones de estos. En algunas realizaciones, el material poroso no conductor incluye una lámina (barrera) no tejida permeable a los iones. En algunas realizaciones, el separador está compuesto de un material poroso que incluye un papel compuesto de una o más fibras poliméricas. El separador puede estar hecho de un material poroso que incluye una o más fibras poliméricas con una cantidad eficaz de un agente tensioactivo incrustado en ellas. Los materiales poliméricos adecuados para las fibras poliméricas incluyen, entre otros, alcohol polivinílico, poliamidas, tereftalato de polietileno, tereftalato de polipropileno, tereftalato de polibutileno, fluoruro de polivinilideno, poliacrilonitrilo, polipropileno, polietileno, poliuretano y combinaciones, mezclas y copolímeros de estos. Las fibras poliméricas ilustrativas pueden incluir, entre otras, materiales tales como rayón, nailon y similares, y combinaciones de dos o más de los mismos. En algunas realizaciones, el separador incluye un material no tejido formado a partir de fibras resistentes a los álcalis. En algunas realizaciones, el separador incluye un papel no tejido. En algunas realizaciones, el material poroso no conductor incluye alcohol polivinílico y fibras de rayón. The separator may be made of any porous woven or nonwoven, alkali-resistant, ion-permeable, non-conductive, synthetic or natural material, including, but not limited to, polymeric materials, Tencel® (lyocell), mercerized wood pulp, polypropylene, polyethylene, cellophane, cellulose, methylcellulose, rayon, nylon and combinations of these. In some embodiments, the non-conductive porous material includes an ion-permeable nonwoven sheet (barrier). In some embodiments, the separator is composed of a porous material including a paper composed of one or more polymeric fibers. The separator may be made of a porous material that includes one or more polymeric fibers with an effective amount of a surfactant embedded therein. Suitable polymeric materials for polymeric fibers include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, polyamides, polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polypropylene, polyethylene, polyurethane and combinations, mixtures and copolymers thereof. Illustrative polymeric fibers may include, but are not limited to, materials such as rayon, nylon and the like, and combinations of two or more thereof. In some embodiments, the separator includes a nonwoven material formed from alkali resistant fibers. In some embodiments, the separator includes a nonwoven paper. In some embodiments, the non-conductive porous material includes polyvinyl alcohol and rayon fibers.

El separador tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 0.5 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s) a aproximadamente 3-8 cm3/[cm2s] (cc/cm2/s), a 125 Pa. En algunas realizaciones, el separador tiene permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 0.5 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s) a aproximadamente 3 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s), a 125 Pa. The separator has an air permeability in the range of approximately 0.5 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s) to approximately 3-8 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s), at 125 Pa. In In some embodiments, the separator has air permeability in the range of about 0.5 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s) to about 3 cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s), at 125 Pa .

En diversas realizaciones, el separador puede tener una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 0.83 cm3/[cm2.s] (50 cc/cm2/min (centímetro cúbico por centímetro cuadrado por minuto)) a aproximadamente 30,000 cm3/[cm2s] (30,000 cc/cm2/s) cuando se mide a una presión de 1 kilopascal (KPa). Esto incluye una permeabilidad al aire de aproximadamente 1.67 cm3/[cm2.s] (100 cc/cm2/min) a aproximadamente 167 cm3/[cm2.s] (10,000 cc/cm2/min), aproximadamente 3.33 cm3/[cm2.s] (200 cc/cm2/min) a aproximadamente 133 cm3/[cm2.s] (8000 cc/cm2/min), aproximadamente 5 cm3/[cm2.s] (300 cc/cm2/min) a aproximadamente 83.3 cm3/[ cm2.s] (5000 cc/cm2/min), aproximadamente 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) a aproximadamente 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), aproximadamente 10 cm3/[cm2.s] (600 cc/cm2/min) a aproximadamente 41.7 cm3/[cm2.s] (2500 cc/cm2/min), aproximadamente 11.7 cm3/[cm2.s] (700 cc/cm2/min) a aproximadamente 33.3 cm3/[cm2.s] (2000 cc/cm2/min), o aproximadamente 1.33 cm3/[cm2.s] (800 cc/cm2/min) a aproximadamente 16.7 cm3/[cm2.s] (1000 cc/cm2/min), a 1 KPa, y oscila entre dos de estos valores o menos de cualquiera de estos valores. En algunas realizaciones, el separador tiene una permeabilidad al aire de aproximadamente 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) a aproximadamente 50 cm3/[cm2s] (3000 cc/cm2/min), a 1 KPa. En algunas realizaciones, el separador tiene una permeabilidad al aire de aproximadamente 4 cm3/[cm2.s] (240 cc/cm2/min) a aproximadamente 30.4 cm3/[cm2.s] (1824 cc/cm2/min), a 1 KPa. In various embodiments, the separator may have an air permeability in the range of about 0.83 cm3/[cm2.s] (50 cc/cm2/min (cubic centimeter per square centimeter per minute)) to about 30,000 cm3/[cm2.s] (30,000 cc/cm2/s) when measured at a pressure of 1 kilopascal (KPa). This includes an air permeability of approximately 1.67 cm3/[cm2.s] (100 cc/cm2/min) to approximately 167 cm3/[cm2.s] (10,000 cc/cm2/min), approximately 3.33 cm3/[cm2.s]. s] (200 cc/cm2/min) at approximately 133 cm3/[cm2.s] (8000 cc/cm2/min), approximately 5 cm3/[cm2.s] (300 cc/cm2/min) at approximately 83.3 cm3 /[ cm2.s] (5000 cc/cm2/min), approximately 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) to approximately 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min) , approximately 10 cm3/[cm2.s] (600 cc/cm2/min) to approximately 41.7 cm3/[cm2.s] (2500 cc/cm2/min), approximately 11.7 cm3/[cm2.s] (700 cc/ cm2/min) at approximately 33.3 cm3/[cm2.s] (2000 cc/cm2/min), or approximately 1.33 cm3/[cm2.s] (800 cc/cm2/min) at approximately 16.7 cm3/[cm2.s ] (1000 cc/cm2/min), at 1 KPa, and ranges between two of these values or less than any of these values. In some embodiments, the separator has an air permeability of about 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) to about 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), at 1 KPa. In some embodiments, the separator has an air permeability of about 4 cm3/[cm2.s] (240 cc/cm2/min) to about 30.4 cm3/[cm2.s] (1824 cc/cm2/min), at 1 KPa.

En diversas realizaciones, el separador puede tener un peso base deseado que oscila entre aproximadamente 1 g/m2 y aproximadamente 100 g/m2. Esto incluye un gramaje deseado de aproximadamente 1 g/m2 a aproximadamente 90 g/m2, aproximadamente 1 g/m2 a aproximadamente 80 g/m2, aproximadamente 5 g/m2 a aproximadamente 70 g/m2, aproximadamente 10 g/m2 a aproximadamente 50 g/m2, aproximadamente 20 g/m2 a aproximadamente 32 g/m2, aproximadamente 22 g/m2 a aproximadamente 30 g/m2, o aproximadamente 23 g/m2 a aproximadamente 28 g/m2, y oscila entre dos de estos valores o menos de cualquiera de estos valores. En algunas realizaciones, el separador tiene un peso base deseado de aproximadamente 20 g/m2 a aproximadamente 32 g/m2. En otras realizaciones, el separador tiene un peso base deseado de aproximadamente 24 g/m2 a aproximadamente 30 g/m2. In various embodiments, the separator may have a desired basis weight ranging from about 1 g/m2 to about 100 g/m2. This includes a desired grammage of about 1 g/m2 to about 90 g/m2, about 1 g/m2 to about 80 g/m2, about 5 g/m2 to about 70 g/m2, about 10 g/m2 to about 50 g/m2, about 20 g/m2 to about 32 g/m2, about 22 g/m2 to about 30 g/m2, or about 23 g/m2 to about 28 g/m2, and ranges between two of these values or less of any of these values. In some embodiments, the separator has a desired basis weight of about 20 g/m2 to about 32 g/m2. In other embodiments, the separator has a desired basis weight of about 24 g/m2 to about 30 g/m2.

Una celda electroquímica proporciona un rendimiento superior de alta velocidad cuando hay un transporte rápido y preferencial del electrolito a través del separador. En consecuencia, el separador se diseña para que sea lo más delgado posible, con el fin de maximizar la velocidad de descarga. En diversas realizaciones, el separador puede tener un espesor seco que oscila entre aproximadamente 10 pm y aproximadamente 200 pm. Esto incluye un espesor seco de aproximadamente 20 pm a aproximadamente 150 pm, aproximadamente 40 pm a aproximadamente 175 pm, aproximadamente 60 pm a aproximadamente 120 pm, aproximadamente 70 pm a aproximadamente 100 pm, aproximadamente 75 pm a aproximadamente 95 pm, o aproximadamente 80 pm a aproximadamente 90 pm, y oscila entre dos cualesquiera de estos valores o menos de cualquiera de estos valores. En algunas realizaciones, el separador tiene un espesor seco de aproximadamente 60 pm a aproximadamente 120 pm. En otras realizaciones, el separador tiene un espesor seco de aproximadamente 75 pm a aproximadamente 95 pm. An electrochemical cell provides superior high-speed performance when there is rapid and preferential transport of the electrolyte through the separator. Consequently, the separator is designed to be as thin as possible, in order to maximize discharge speed. In various embodiments, the separator may have a dry thickness ranging from about 10 pm to about 200 pm. This includes a dry thickness of about 20 pm to about 150 pm, about 40 pm to about 175 pm, about 60 pm to about 120 pm, about 70 pm to about 100 pm, about 75 pm to about 95 pm, or about 80 pm. at approximately 90 pm, and ranges between any two of these values or less than any of these values. In some embodiments, the separator has a dry thickness of about 60 pm to about 120 pm. In other embodiments, the separator has a dry thickness of about 75 pm to about 95 pm.

En un aspecto, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene un tamaño de poro máximo de aproximadamente 19 pm. En un aspecto, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene un tamaño de poro medio de aproximadamente 1 micrón a aproximadamente 6 pm. En otro aspecto, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene una permeabilidad al aire de aproximadamente 0.5 cm3/cm2.s a aproximadamente 3.8 cm3/cm2.s a 125Pa. En otro aspecto más, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene una permeabilidad al aire de aproximadamente 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) a aproximadamente 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), a 1KPa. En otro aspecto, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene un peso base de aproximadamente 20 g/m2 a aproximadamente 32 g/m2. En otro aspecto más, se proporciona un separador y/o una celda electroquímica que comprende dicho separador, que incluye un material poroso no conductor que tiene un espesor seco de aproximadamente 60 pm a aproximadamente 120 pm. Cada uno de estos aspectos es combinable con los otros aspectos y realizaciones. In one aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having a maximum pore size of about 19 pm. In one aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having an average pore size of about 1 micron to about 6 pm. In another aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having an air permeability of about 0.5 cm3/cm2.s to about 3.8 cm3/cm2.s at 125Pa. In yet another aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having an air permeability of approximately 8.33 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min ) at approximately 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), at 1KPa. In another aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having a basis weight of about 20 g/m2 to about 32 g/m2. In yet another aspect, there is provided a separator and/or an electrochemical cell comprising said separator, which includes a non-conductive porous material having a dry thickness of about 60 pm to about 120 pm. Each of these aspects is combinable with the other aspects and realizations.

En diversas realizaciones, el separador descrito en el presente documento se denomina "Papel 1". Generalmente, el número de vueltas del material separador usado en la celda electroquímica se puede optimizar para una aplicación dada y/o para lograr un rendimiento deseado dentro de la celda. El separador divulgado en el presente documento permite el uso de menos de 3 vueltas de papel. En algunas realizaciones, el separador de Papel 1 puede diseñarse para incluir una única capa de la hoja de material poroso no conductor enrollada dos veces. En diversas realizaciones, el separador incluye más de aproximadamente 1 y menos de aproximadamente 4, más de aproximadamente 1.1 y menos de aproximadamente 3, más de aproximadamente 1.2 y menos de aproximadamente 2, o más de aproximadamente 1.3 y menos de aproximadamente 1.8 (en el que un número de envoltura mayor que 1 indica que algún grado de superposición del separador está presente dentro de la celda). En algunas realizaciones, el separador incluye menos de aproximadamente 2 envolturas del material poroso no conductor. En algunas realizaciones, el separador incluye menos de aproximadamente 3 envolturas del material poroso no conductor. En otras realizaciones, el número de vueltas es mayor que aproximadamente 3 y menos de aproximadamente 4. Cabe señalar que el número de "envolturas" para una configuración de separador devanado indica el número de devanados del separador, que puede ser en sí mismo multicapa o de una sola capa. Por ejemplo, una envoltura de 1x2 indica que el separador tiene 2 envolturas de un separador de una sola capa. En algunas realizaciones, el separador puede diseñarse para incluir una única capa de la lámina de material poroso no conductor enrollada dos veces. In various embodiments, the separator described herein is referred to as "Paper 1." Generally, the number of turns of the separator material used in the electrochemical cell can be optimized for a given application and/or to achieve a desired performance within the cell. The separator disclosed herein allows the use of less than 3 turns of paper. In some embodiments, the Paper separator 1 may be designed to include a single layer of the non-conductive porous material sheet rolled twice. In various embodiments, the separator includes more than about 1 and less than about 4, more than about 1.1 and less than about 3, more than about 1.2 and less than about 2, or more than about 1.3 and less than about 1.8 (in the (a shell number greater than 1 indicates that some degree of separator overlap is present within the cell). In some embodiments, the separator includes less than about 2 envelopes of the non-conductive porous material. In some embodiments, the separator includes less than about 3 shells of the non-conductive porous material. In other embodiments, the number of turns is greater than about 3 and less than about 4. It should be noted that the number of "wraps" for a wound separator configuration indicates the number of windings of the separator, which may itself be multilayer or single layer. For example, a 1x2 wrapper indicates that the separator has 2 wrappers of a single layer separator. In some embodiments, the separator may be designed to include a single layer of the non-conductive porous material sheet rolled twice.

El separador descrito en el presente documento tiene varias ventajas con respecto al tamaño de los poros para evitar cortocircuitos resultantes del transporte de materiales activos, resistencia mecánica y permeabilidad de electrolitos mejoradas, baja resistencia eléctrica, suficiente flexibilidad, alta resistencia química y alta estabilidad térmica. Sin apegarse a ninguna teoría particular, generalmente se cree que el separador divulgado en el presente documento es ventajoso porque ocupa o consume menos volumen, en comparación con un separador convencional, lo que disminuye el espesor seco total del separador y deja espacio para una cantidad adicional de ingredientes activos, como los de los electrodos anódicos o catódicos. The separator described herein has several advantages with respect to pore size to avoid short circuits resulting from the transport of active materials, improved mechanical strength and electrolyte permeability, low electrical resistance, sufficient flexibility, high chemical resistance and high thermal stability. Without adhering to any particular theory, it is generally believed that the separator disclosed herein is advantageous because it occupies or consumes less volume, compared to a conventional separator, which decreases the total dry thickness of the separator and leaves room for an additional amount of active ingredients, such as those of anodic or cathodic electrodes.

Además, el separador actúa para mejorar la resistencia al cortocircuito, dado que una barrera con un tamaño de poro pequeño proporciona una resistencia al cortocircuito interno que no sería posible con los separadores convencionales que no tienen las características descritas en el presente documento. Additionally, the separator acts to improve short circuit resistance, since a barrier with a small pore size provides internal short circuit resistance that would not be possible with conventional separators that do not have the features described herein.

El rendimiento de la celda electroquímica que incluye el separador de la presente tecnología se puede mejorar aún más con el uso de material de ánodo de zinc mejorado, en comparación con el de las celdas fabricadas con material de ánodo de zinc convencional. Por consiguiente, en diversas realizaciones, el separador de la presente tecnología se usa junto con el ánodo que incluye materiales activos del ánodo con alto contenido de finos (HF), donde el contenido de finos es mayor y el contenido de grueso es menor que el de los polvos de zinc estándar convencionales. En diversas realizaciones, el material activo del ánodo puede tener una distribución de tamaño de partículas de menos de aproximadamente 15 % en peso de polvo, aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 70 % en peso de partículas finas y aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 35 % en peso de partículas gruesas. En algunas realizaciones, el material activo del ánodo de la presente tecnología tiene una distribución de tamaño de partículas de menos de aproximadamente 10 % en peso de polvo, aproximadamente 15 % en peso a aproximadamente 65 % en peso de partículas finas y aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 25 % en peso de partículas gruesas. Una distribución de tamaño de partícula de zinc adecuada puede ser aquella en la que aproximadamente del 25 % a aproximadamente el 45 % en peso del material activo del ánodo, con respecto a la cantidad total de material activo del ánodo, tiene un tamaño de partícula de menos de aproximadamente 75 pm, aproximadamente del 5 % a aproximadamente el 25 % en peso con respecto a la aleación de zinc total tiene un tamaño de partícula superior a aproximadamente 150 micrómetros, aproximadamente menos del 2 % en peso de la aleación de zinc total tiene un tamaño de partícula superior a 425 pm, y menos del 10% en peso del material activo del ánodo, con respecto a la cantidad total de material activo del ánodo, tiene un tamaño de partícula inferior a aproximadamente 45 pm. The performance of the electrochemical cell including the separator of the present technology can be further improved with the use of improved zinc anode material, compared to that of cells manufactured with conventional zinc anode material. Therefore, in various embodiments, the separator of the present technology is used in conjunction with the anode that includes high fines content (HF) anode active materials, where the fines content is higher and the coarse content is less than the of conventional standard zinc powders. In various embodiments, the anode active material may have a particle size distribution of less than about 15% by weight powder, about 10% by weight to about 70% by weight fine particles, and about 5% by weight to about 35% by weight of coarse particles. In some embodiments, the anode active material of the present technology has a particle size distribution of less than about 10% by weight of powder, about 15% by weight to about 65% by weight of fine particles and about 5% in weight to approximately 25% by weight of coarse particles. A suitable zinc particle size distribution may be one in which about 25% to about 45% by weight of the anode active material, with respect to the total amount of anode active material, has a particle size of less than about 75 pm, about 5% to about 25% by weight with respect to the total zinc alloy has a particle size greater than about 150 microns, about less than 2% by weight of the total zinc alloy has a particle size greater than 425 pm, and less than 10% by weight of the anode active material, with respect to the total amount of anode active material, has a particle size less than about 45 pm.

En algunas realizaciones, el tipo de material activo del ánodo utilizado, que tiene una distribución de tamaño de partícula y una densidad aparente optimizadas, puede ser similar al descrito con detalle sustancial en la publicación de patente de los Estados Unidos número 2015/0037627. En otras realizaciones, el material activo del ánodo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2.00 g/cm3 a aproximadamente 4.15 g/cm3, en algunas realizaciones de aproximadamente 2.25 g/cm3 a aproximadamente 3.85 g/cm3, en algunas realizaciones de aproximadamente 2.50 g/cm3 a aproximadamente 3.50 g/cm3, en algunas realizaciones de aproximadamente 2.60 g/cm3 a aproximadamente 3.35 g/cm3 y en algunas realizaciones de aproximadamente 2.70 g/cm3 a aproximadamente 3.15 g/cm3. In some embodiments, the type of anode active material used, having an optimized particle size distribution and bulk density, may be similar to that described in substantial detail in United States Patent Publication Number 2015/0037627. In other embodiments, the anode active material has a bulk density of about 2.00 g/cm3 to about 4.15 g/cm3, in some embodiments of about 2.25 g/cm3 to about 3.85 g/cm3, in some embodiments of about 2.50 g/cm3 cm3 to about 3.50 g/cm3, in some embodiments from about 2.60 g/cm3 to about 3.35 g/cm3 and in some embodiments from about 2.70 g/cm3 to about 3.15 g/cm3.

Aunque las realizaciones descritas en el presente documento generalmente se refieren a celdas alcalinas, son aplicables a otras celdas electroquímicas adecuadas que incluyen, por ejemplo, celdas cilíndricas alcalinas, por ejemplo, celdas de metal-óxido metálico, así como celdas galvánicas, tales como celdas de metal-aire, por ejemplo, celda de zinc-aire. Entre las celdas cilíndricas de metal-óxido metálico y las celdas de metal-aire, el material del ánodo es aplicable a aquellas con forma para celdas AA, AAA, AAAA, C o D. A éstas pertenecen, por ejemplo, las celdas alcalinas LR03, LR6, LR8D425, LR14, LR20. Las celdas electroquímicas tienen aplicaciones en celdas no cilíndricas, tales como celdas planas (por ejemplo, celdas prismáticas y celdas de botón) y celdas planas redondeadas (por ejemplo, que tienen una sección transversal en forma de pista de carreras). Las celdas de metal-aire que incluyen el ánodo descrito en el presente documento pueden construirse de manera útil como celdas de botón para diversas aplicaciones, tales como baterías para audífonos y en relojes, cronómetros, calculadoras, punteros láser, juguetes y otras novedades. Las celdas electroquímicas adecuadas también pueden incluir cualquier celda de aire metálica que utilice electrodos planos, curvados o cilíndricos. También se contempla el uso del ánodo como componente en otras formas de celdas electroquímicas. Although the embodiments described herein generally relate to alkaline cells, they are applicable to other suitable electrochemical cells including, for example, alkaline cylindrical cells, e.g., metal-metal oxide cells, as well as galvanic cells, such as metal-air cell, for example, zinc-air cell. Among the cylindrical metal-metal oxide cells and metal-air cells, the anode material is applicable to those shaped for AA, AAA, AAAA, C or D cells. These include, for example, LR03 alkaline cells , LR6, LR8D425, LR14, LR20. Electrochemical cells have applications in non-cylindrical cells, such as planar cells (e.g., prismatic cells and button cells) and rounded planar cells (e.g., having a racetrack-shaped cross section). Metal-air cells including the anode described herein can be usefully constructed as button cells for various applications, such as batteries for hearing aids and in watches, stopwatches, calculators, laser pointers, toys and other novelties. Suitable electrochemical cells may also include any metallic air cell that uses flat, curved or cylindrical electrodes. The use of the anode as a component in other forms of electrochemical cells is also contemplated.

El ánodo de la celda electroquímica es un ánodo gelificado que incluye un material activo del ánodo, un electrolito (opcionalmente alcalino), opcionalmente un agente gelificante y opcionalmente uno o más tensioactivos como inhibidores de la corrosión. El ánodo gelificado puede incluir también otros componentes o aditivos tales como, por ejemplo, absorbentes, inhibidores de formación de gases inorgánicos y aditivos para controlar el cortocircuito eléctrico entre los electrodos del ánodo y del cátodo. El material activo del ánodo puede incluir una aleación de zinc que incluye de aproximadamente 20 ppm a aproximadamente 750 ppm de uno o más elementos de aleación seleccionados entre bismuto, indio, plomo y aluminio. En algunas realizaciones, la aleación de zinc incluye bismuto e indio como elementos de aleación principales, cada uno en una concentración de aproximadamente 150 ppm, 200 ppm o 250 ppm. El ánodo incluye materiales activos de ánodo con alto contenido de finos (HF), como se describió anteriormente en el presente documento, donde el contenido de finos es mayor y el contenido de grueso es menor que el de los polvos de zinc estándar convencionales. The anode of the electrochemical cell is a gelled anode that includes an anode active material, an electrolyte (optionally alkaline), optionally a gelling agent and optionally one or more surfactants as corrosion inhibitors. The gelled anode may also include other components or additives such as, for example, absorbents, inorganic gas formation inhibitors and additives to control the electrical short circuit between the anode and cathode electrodes. The anode active material may include a zinc alloy that includes from about 20 ppm to about 750 ppm of one or more alloying elements selected from bismuth, indium, lead and aluminum. In some embodiments, the zinc alloy includes bismuth and indium as major alloying elements, each at a concentration of about 150 ppm, 200 ppm, or 250 ppm. The anode includes high fines content (HF) anode active materials, as described earlier herein, where the fines content is higher and the coarse content is lower than that of conventional standard zinc powders.

El ánodo gelificado puede incluir un electrolito alcalino y, en algunas realizaciones, un electrolito alcalino que tiene un contenido de hidróxido relativamente bajo. Los electrolitos alcalinos adecuados incluyen, por ejemplo, soluciones acuosas de hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, hidróxido de litio, así como combinaciones de dos o más de los mismos. Sin embargo, en una forma de realización particular se utiliza un electrolito que contiene hidróxido de potasio. En otras realizaciones, el electrolito alcalino incluye agua e hidróxido de potasio. The gelled anode may include an alkaline electrolyte and, in some embodiments, an alkaline electrolyte having a relatively low hydroxide content. Suitable alkaline electrolytes include, for example, aqueous solutions of potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, as well as combinations of two or more thereof. However, in a particular embodiment an electrolyte containing potassium hydroxide is used. In other embodiments, the alkaline electrolyte includes water and potassium hydroxide.

Ventajosamente, los electrolitos tienen una menor concentración de iones hidróxido en el electrolito que los utilizados en las celdas convencionales. Por ejemplo, el electrolito puede tener una concentración de hidróxido (por ejemplo, hidróxido de potasio) inferior a aproximadamente el 36 %, basado en el peso total del electrolito. Esto incluye una concentración de hidróxido de menos de aproximadamente 35 %, menos de aproximadamente 34 %, menos de aproximadamente 32 %, menos de aproximadamente 30 %, menos de aproximadamente 29 %, o menos de aproximadamente 28 %, basado en el peso total del electrolito. En diversas realizaciones, el electrolito tiene una concentración de hidróxido de aproximadamente 25 % a aproximadamente 34 %, aproximadamente 26 % a aproximadamente 34 %, aproximadamente 27 % a aproximadamente 34 %, o aproximadamente 28% a aproximadamente 32%, y oscila entre dos cualesquiera de estos valores o menos de cualquiera de estos valores. Esto incluye una concentración de hidróxido de aproximadamente 35 %, aproximadamente 34 %, aproximadamente 32 %, aproximadamente 31 %, aproximadamente 30.5 %, aproximadamente 30 %, aproximadamente 29 %, o aproximadamente 28 %, basado en el peso total del electrolito. En una realización ilustrativa, la concentración de hidróxido del electrolito es de aproximadamente 27 % a aproximadamente 31 % en peso, basado en el peso total del electrolito. Advantageously, the electrolytes have a lower concentration of hydroxide ions in the electrolyte than those used in conventional cells. For example, the electrolyte may have a hydroxide concentration (e.g., potassium hydroxide) of less than about 36%, based on the total weight of the electrolyte. This includes a hydroxide concentration of less than about 35%, less than about 34%, less than about 32%, less than about 30%, less than about 29%, or less than about 28% based on the total weight of the electrolyte. In various embodiments, the electrolyte has a hydroxide concentration of about 25% to about 34%, about 26% to about 34%, about 27% to about 34%, or about 28% to about 32%, and ranges between any two of these values or less than any of these values. This includes a hydroxide concentration of about 35%, about 34%, about 32%, about 31%, about 30.5%, about 30%, about 29%, or about 28% based on the total weight of the electrolyte. In an illustrative embodiment, the hydroxide concentration of the electrolyte is about 27% to about 31% by weight, based on the total weight of the electrolyte.

El ánodo se puede preparar formulando un electrolito, preparando un ánodo metálico recubierto, que incluye el agente gelificante, y luego combinando el electrolito y el ánodo metálico recubierto para formar un ánodo gelificado. El agente gelificante de la presente divulgación puede incluir, por ejemplo, un compuesto químico polimérico altamente reticulado que tiene grupos ácidos cargados negativamente, tal como un agente gelificante de ácido poliacrílico que tiene un alto grado de reticulación.). Los agentes gelificantes de ácido poliacrílico altamente reticulados están disponibles comercialmente con los nombres Carbopol® (Carbopol® 940, Carbopol® 934 o Carbopol® 674) de Lubrizol Corporation (Wickliffe, Ohio), Flogel® (por ejemplo, Flogel® 700 o Flogel® 800) de SNF Holding Company (Riceboro, GA) y Polygel® (por ejemplo, Polygel® CK o Polygel® CA) de 3V Sigma S.P.A. (Georgetown, SC), entre otros, son adecuados para su uso de acuerdo con la presente divulgación. La concentración del agente gelificante en el ánodo gelificado puede ser de aproximadamente 0.20 % en peso a aproximadamente 1.5 % en peso, aproximadamente 0.40 % en peso a aproximadamente 1.00 % en peso, aproximadamente 0.60 % en peso a aproximadamente 0.70 % en peso, o aproximadamente 0.625 % en peso a aproximadamente 0.675 % en peso, con respecto al peso total del ánodo gelificado. The anode can be prepared by formulating an electrolyte, preparing a coated metal anode, including the gelling agent, and then combining the electrolyte and the coated metal anode to form a gelled anode. The gelling agent of the present disclosure may include, for example, a highly cross-linked polymeric chemical compound having negatively charged acidic groups, such as a polyacrylic acid gelling agent having a high degree of cross-linking.). Highly cross-linked polyacrylic acid gelling agents are commercially available under the names Carbopol® (Carbopol® 940, Carbopol® 934 or Carbopol® 674) from Lubrizol Corporation (Wickliffe, Ohio), Flogel® (e.g., Flogel® 700 or Flogel® 800) from SNF Holding Company (Riceboro, GA) and Polygel® (e.g., Polygel® CK or Polygel® CA) from 3V Sigma S.P.A. (Georgetown, SC), among others, are suitable for use in accordance with this disclosure. The concentration of the gelling agent in the gelled anode may be from about 0.20 wt.% to about 1.5 wt.%, about 0.40 wt.% to about 1.00 wt.%, about 0.60 wt. 0.625% by weight to approximately 0.675% by weight, with respect to the total weight of the gelled anode.

El cátodo de la celda electroquímica puede incluir cualquier material catódico activo generalmente reconocido en la técnica para su uso en celdas electroquímicas alcalinas. El material activo del cátodo puede ser amorfo o cristalino, o una mezcla de amorfo y cristalino. Por ejemplo, el material activo del cátodo puede incluir, o seleccionarse entre, un óxido de cobre, un óxido de manganeso de tipo electrolítico, químico o natural (por ejemplo, EMD, CMD, NMD o una mezcla de dos o más de los mismos), un óxido de plata y/o un óxido o hidróxido de níquel, así como una mezcla de dos o más de estos óxidos o hidróxidos. Ejemplos adecuados de materiales de electrodo positivo incluyen, entre otros, MnO<2>(EMD, CMD, NMD y mezclas de estos), NiO, NiOOH, Cu(OH)<2>, óxido de cobalto, PbO<2>, AgO, Ag<2>O, Ag<2>Cu<2>O<3>, CuAgO<2>, CuMnO<2>, Cu Mn<2>O<4>, Cu<2>MnO<4>, Cu<3>-xMnxO<3>, Cu-i_xMnxO<2>, Cu<2>-xMnxO<2>(donde x<2), Cu<3>-xMnxO<4>(donde x<3), Cu<2>Ag<2>O<4>, o una combinación de dos o más de los mismos. The electrochemical cell cathode may include any active cathode material generally recognized in the art for use in alkaline electrochemical cells. The active cathode material can be amorphous or crystalline, or a mixture of amorphous and crystalline. For example, the cathode active material may include, or be selected from, a copper oxide, a manganese oxide of electrolytic, chemical or natural type (for example, EMD, CMD, NMD or a mixture of two or more thereof ), a silver oxide and/or a nickel oxide or hydroxide, as well as a mixture of two or more of these oxides or hydroxides. Suitable examples of positive electrode materials include, but are not limited to, MnO<2>(EMD, CMD, NMD and mixtures thereof), NiO, NiOOH, Cu(OH)<2>, cobalt oxide, PbO<2>, AgO , Ag<2>O, Ag<2>Cu<2>O<3>, CuAgO<2>, CuMnO<2>, Cu Mn<2>O<4>, Cu<2>MnO<4>, Cu <3>-xMnxO<3>, Cu-i_xMnxO<2>, Cu<2>-xMnxO<2>(where x<2), Cu<3>-xMnxO<4>(where x<3), Cu< 2>Ag<2>O<4>, or a combination of two or more thereof.

Una realización ejemplar de una celda electroquímica alcalina se describe en la publicación PCT número WO 2016/183373. An exemplary embodiment of an alkaline electrochemical cell is described in PCT publication number WO 2016/183373.

Como se detalla en otra parte del presente documento, se ha observado que las celdas electroquímicas de la presente divulgación exhiben características de rendimiento mejoradas, que pueden medirse o probarse de acuerdo con varios métodos según el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). Los resultados de diversas pruebas de celdas de la presente divulgación se detallan a continuación en los ejemplos. As detailed elsewhere herein, the electrochemical cells of the present disclosure have been found to exhibit improved performance characteristics, which can be measured or tested in accordance with various methods according to the American National Standards Institute (ANSI). The results of various tests of cells of the present disclosure are detailed below in the examples.

Los siguientes ejemplos describen diversas realizaciones de la presente divulgación. Otras realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas serán evidentes para un experto en la técnica considerando la especificación o práctica de la divulgación proporcionada en el presente documento. The following examples describe various embodiments of the present disclosure. Other embodiments within the scope of the appended claims will be apparent to one skilled in the art considering the specification or practice of the disclosure provided herein.

Ejemplos Examples

En los ejemplos presentados a continuación, se probaron celdas electroquímicas que incluyen los separadores de la presente tecnología para determinar el rendimiento de DSC, la gasificación de celdas con descarga parcial, la gasificación de celdas sin descarga y las condiciones después del almacenamiento. In the examples presented below, electrochemical cells including the separators of the present technology were tested for DSC performance, partial discharge cell gasification, non-discharge cell gasification, and conditions after storage.

General. Caracterización. La permeabilidad al aire de los separadores se determinó utilizando un porómetro de flujo capilar PMI y se expresa en cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s o cc/cm2/min). El peso base de los separadores se determinó según la norma ISO 536 (2012), que se expresa en g/m2 El espesor seco de los separadores se determinó con un Mitutoyo Absolute Gauge usando una sonda plana de 10 mm de diámetro con baja fuerza de medición, y se expresa en pm. El tamaño de los poros se determinó mediante el porómetro de flujo capilar PMI y se expresa en pm. General. Characterization. The air permeability of the separators was determined using a PMI capillary flow porometer and is expressed in cm3/[cm2.s] (cc/cm2/s or cc/cm2/min). The basis weight of the separators was determined according to ISO 536 (2012), which is expressed in g/m2. The dry thickness of the separators was determined with a Mitutoyo Absolute Gauge using a 10 mm diameter flat probe with low contact force. measurement, and is expressed in pm. Pore size was determined using the PMI capillary flow porometer and is expressed in pm.

Ejemplo 1. Preparación de celdas LR6. Se prepararon celdas de control que tenían un separador convencional de 1x3. El separador convencional tiene un tamaño de poro medio de 9 pm, un tamaño de poro máximo de 32 pm medido con un porómetro de flujo capilar PMI, una permeabilidad al aire de 22.1 cm3/cm2 s a 125 Pa, un peso base de 23 g/m2 y un espesor seco de 80 pm. Example 1. Preparation of LR6 cells. Control cells were prepared that had a conventional 1x3 separator. The conventional separator has a mean pore size of 9 pm, a maximum pore size of 32 pm measured with a PMI capillary flow porometer, an air permeability of 22.1 cm3/cm2 s at 125 Pa, a basis weight of 23 g/ m2 and a dry thickness of 80 pm.

Las celdas también se prepararon usando una envoltura 1x2 de un papel no tejido (Papel 1) que tenía un tamaño de medio de poro de 1-6 pm medido con un porómetro de flujo capilar PMI, una permeabilidad al aire de 1-4 cm3/cm2.s a 125 Pa, un peso base deseado de 20-32 g/m2 y un espesor seco de 60-120 pm. The cells were also prepared using a 1x2 wrapper of a nonwoven paper (Paper 1) that had a pore medium size of 1-6 pm measured with a PMI capillary flow porometer, an air permeability of 1-4 cm3/ cm2.s at 125 Pa, a desired basis weight of 20-32 g/m2 and a dry thickness of 60-120 pm.

Ejemplo 2. Las celdas electroquímicas pueden probarse de acuerdo con los métodos del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). Por ejemplo, los datos ANSI representados en las figuras corresponden a pruebas realizadas de acuerdo con ANSI C18.1M, Parte 2-2011. Estas pruebas incluyen la determinación del rendimiento/longevidad de la celda en varios modos de descarga, incluida la descarga por pulsos de la celda, la descarga de la celda intermitente, el rendimiento de almacenamiento a alta temperatura (HT) o la cámara fotográfica digital (DSC), entre otras pruebas. Las pruebas también incluyen determinar el rendimiento/longevidad de las celdas descargándolas en varios dispositivos, como iluminación portátil, juegos de CD, audio digital y radio-reloj remoto, juguetes y linternas industriales pesadas (HIFT). Los resultados de diversas pruebas de celda de la presente divulgación se detallan a continuación. Example 2. Electrochemical cells can be tested according to American National Standards Institute (ANSI) methods. For example, the ANSI data represented in the figures are from tests performed in accordance with ANSI C18.1M, Part 2-2011. These tests include determining cell performance/longevity under various discharge modes, including pulsed cell discharge, intermittent cell discharge, high temperature (HT) storage performance, or digital still camera ( DSC), among other tests. Testing also includes determining the performance/longevity of the cells by discharging them into various devices such as portable lighting, CD games, digital audio and remote clock radios, toys, and heavy industrial flashlights (HIFT). The results of various cell tests of the present disclosure are detailed below.

La figura 1 muestra el rendimiento de descarga promedio ANSI de celdas alcalinas LR6 fabricadas con ánodo de zinc convencional (sin mayor nivel de finos) y separador convencional con una carga de zinc del 68%. Se observó que el ANSI promedio de siete pruebas para el separador Papel 1 de la presente tecnología mejora aproximadamente un 2.3% en comparación con el separador convencional. La prueba que mejoró más fue en el cuidado personal (750 mA, 2 minutos (min)/hora (h), 8 h/día), que mejoró aproximadamente un 18.2 %, como se ve en la figura 2. Además, la prueba del juguete (3.9 ohmios (O), 1 hora/día) mejoró en un 0.7 %. No se observó ningún impacto estadístico en el rendimiento entre las otras pruebas, incluidas DSC (cámara fotográfica digital, 1500 mW 2 segundos (s), 650 mW 28 s 5, min/h), iluminación portátil (3.9 n, 4 min/h, 8 h/día), juegos de CD (250 mA, 1 h/día), pruebas de audio digital (100 mA, 1 h/día) y radio-reloj remoto (50 mA, 1 h/12 h, 24 h). Figure 1 shows the ANSI average discharge performance of LR6 alkaline cells made with conventional zinc anode (no higher level of fines) and conventional separator with a 68% zinc loading. It was observed that the average ANSI of seven tests for the Paper 1 separator of the present technology improves approximately 2.3% compared to the conventional separator. The test that improved the most was in self-care (750 mA, 2 minutes (min)/hour (h), 8 h/day), which improved approximately 18.2%, as seen in Figure 2. Additionally, the test of the toy (3.9 ohms (O), 1 hour/day) improved by 0.7%. No statistical impact on performance was observed among the other tests, including DSC (digital still camera, 1500 mW 2 seconds (s), 650 mW 28 s 5, min/h), handheld lighting (3.9 n, 4 min/h , 8 hr/day), CD games (250 mA, 1 hr/day), digital audio testing (100 mA, 1 hr/day), and remote clock radio (50 mA, 1 hr/12 hr, 24 hr ).

Las ganancias de rendimiento con un separador de 1x2 Papel 1 se confirmaron después de almacenar las celdas a alta temperatura (HT). La figura 3 muestra el rendimiento HT promedio LR6 de la prueba del juguete después de 1 semana de almacenamiento a 71 °C (160 °F), (1 HT), y de las pruebas de juego y DSC, ambas después de 2 semanas de almacenamiento a 54.4 °C (130 °F) (1/2 HT). En la figura 3 se ve que las celdas hechas con Papel 1 de 1x2 exhiben una ganancia neta del 7% sobre las celdas convencionales hechas con papel separador estándar de 1x3. La principal ganancia después del almacenamiento HT se produjo en la prueba DSC, que ascendió al 17 %, como se muestra en la figura 4. Las ganancias en el rendimiento de la descarga con la disposición del separador 1x2 se pueden maximizar aumentando la carga de zinc por encima del 68 %. Performance gains with a 1x2 Paper 1 separator were confirmed after storing the cells at high temperature (HT). Figure 3 shows the average LR6 HT performance of the toy test after 1 week of storage at 71°C (160°F), (1 HT), and of the play and DSC tests, both after 2 weeks of storage. storage at 54.4°C (130°F) (1/2 HT). In Figure 3 it is seen that cells made with 1x2 Paper 1 exhibit a net gain of 7% over conventional cells made with standard 1x3 separator paper. The main gain after HT storage occurred in the DSC test, which amounted to 17%, as shown in Figure 4. The gains in discharge performance with the 1x2 separator arrangement can be maximized by increasing the zinc loading above 68%.

La figura 5 muestra el rendimiento promedio ANSI sin retardo de las celdas LR6 hechas con Papel 11x2 con niveles prehumedecidos (PW) de solución de KOH de 1.45 gramos (g), 1.50 g y 1.55 g, respecto a los datos de celdas de referencia realizadas con papel separador convencional de 1x3. Las celdas utilizaron zinc HF con una carga de zinc del 70%. El ANSI promedio de las celdas fabricadas con zinc HF y envoltura de Papel 11 x2 mejoró entre un 2% y un 4% en relación con la celda fabricada con zinc HF y un separador de envoltura convencional 1x3. Figure 5 shows the average ANSI non-delay performance of LR6 cells made with 11x2 Paper with pre-wetted (PW) KOH solution levels of 1.45 grams (g), 1.50 g and 1.55 g, compared to data from reference cells made with conventional 1x3 separator paper. The cells used zinc HF with a zinc loading of 70%. The average ANSI of cells made with HF zinc and 11 x2 Paper wrapper improved by 2% to 4% relative to the cell made with HF zinc and a conventional 1x3 wrapper separator.

El rendimiento del DSC después de un mes de almacenamiento (lRT) mejoró del 3% al 8% y en el cuidado personal mejoró del 11% al 15%, en relación con la celda fabricada con zinc HF y el separador de envoltorios de papel convencional lx3, dependiendo de la cantidad de electrolito prehumedecido, como se muestra en la figura 6 y la figura 7, respectivamente. El rendimiento HT correspondiente para celdas LR6 fabricadas con zinc HF al 70 % se ilustra en la figura 8. Las ganancias medias que oscilan entre el 2.1 % y el 8.6 % corresponden a las pruebas de DSC y del juguete después del almacenamiento 1HT y a las pruebas de juego y DSC después del almacenamiento 1/2 HT. DSC performance after one month of storage (lRT) improved from 3% to 8% and in personal care improved from 11% to 15%, relative to the cell made with zinc HF and the conventional paper wrapper separator lx3, depending on the amount of prewetted electrolyte, as shown in Figure 6 and Figure 7, respectively. The corresponding HT performance for LR6 cells made with 70% HF zinc is illustrated in Figure 8. The average gains ranging from 2.1% to 8.6% correspond to the DSC and toy tests after 1HT storage and the game and DSC after 1/2 HT storage.

Si bien se han ilustrado y descrito ciertas realizaciones, debe entenderse que se pueden realizar cambios y modificaciones en las mismas de acuerdo con los conocimientos habituales en la técnica sin apartarse de las siguientes reivindicaciones. While certain embodiments have been illustrated and described, it should be understood that changes and modifications may be made thereto in accordance with common knowledge in the art without departing from the following claims.

Las realizaciones, descritas ilustrativamente en el presente documento, pueden practicarse adecuadamente en ausencia de cualquier elemento o elementos, limitación o limitaciones, no divulgadas específicamente en el presente documento. Así, por ejemplo, los términos "que comprende", "que incluye", "que contiene", etc., se leerán de forma amplia y sin limitación. The embodiments, illustratively described herein, may suitably be practiced in the absence of any element or elements, limitation or limitations, not specifically disclosed herein. Thus, for example, the terms "comprising", "including", "containing", etc., will be read broadly and without limitation.

Como también entenderá un experto en la técnica, todos los lenguajes tales como "hasta", "mayor que", "menor que" y similares, incluyen el número citado. As will also be understood by one skilled in the art, all language such as "up to", "greater than", "less than" and the like includes the cited number.

Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Una celda electroquímica alcalina que comprende:1. An alkaline electrochemical cell comprising: un cátodo;a cathode; un ánodo gelificado que comprende un material activo del ánodo y un electrolito,a gelled anode comprising an anode active material and an electrolyte, en el que el material activo del ánodo comprende una aleación de zinc; ywherein the active anode material comprises a zinc alloy; and un separador dispuesto entre el cátodo y el ánodo;a separator arranged between the cathode and the anode; en el que el separador comprende un material poroso no tejido, no conductor, que comprende alcohol polivinílico y que tiene las siguientes propiedades, determinadas utilizando un porómetro de flujo capilar PMI: un tamaño medio de poro de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 5 pm, un tamaño de poro máximo de aproximadamente 19 pm y una permeabilidad al aire de aproximadamente 0.5 cm3/[cm2 s] a aproximadamente 3.8 cm3/[cm2 s] a 125 Pa, en el que como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.wherein the separator comprises a non-conductive, non-woven porous material comprising polyvinyl alcohol and having the following properties, determined using a PMI capillary flow porometer: an average pore size of about 1 pm to about 5 pm, a maximum pore size of about 19 pm and an air permeability of about 0.5 cm3/[cm2 s] to about 3.8 cm3/[cm2 s] at 125 Pa, where as used herein, "about" means /-10%. 2. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1, en la que el separador comprende menos de 3 envolturas completas del material poroso no conductor.2. The alkaline electrochemical cell of claim 1, wherein the separator comprises less than 3 complete envelopes of the non-conductive porous material. 3. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1, en la que aproximadamente del 20 % a aproximadamente el 45 % en peso del material activo del ánodo con respecto a la cantidad total de material activo del ánodo tiene un tamaño de partícula de menos de aproximadamente 75 pm, aproximadamente del 8% a aproximadamente el 25% en peso con respecto a la aleación de zinc total tiene un tamaño de partícula mayor que aproximadamente 150 pm, y menos del 10% en peso del material activo del ánodo con respecto a la cantidad total de material activo del ánodo tiene un tamaño de partícula inferior a aproximadamente 45 pm, en el que, como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.3. The alkaline electrochemical cell of claim 1, wherein about 20% to about 45% by weight of the anode active material with respect to the total amount of anode active material has a particle size of less than about 75 pm, about 8% to about 25% by weight with respect to the total zinc alloy has a particle size greater than about 150 pm, and less than 10% by weight of the anode active material with respect to the amount total anode active material has a particle size less than about 45 pm, where, as used herein, "about" means /-10%. 4. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1, en la que el material activo del ánodo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2.50 g/cm3 a aproximadamente 3.30 g/cm3, en la que, como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.4. The alkaline electrochemical cell of claim 1, wherein the anode active material has an apparent density of about 2.50 g/cm3 to about 3.30 g/cm3, wherein, as used herein, "about " means /-10%. 5. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1, en la que el electrolito tiene una concentración de hidróxido de aproximadamente 24 % en peso a aproximadamente 37 % en peso, en la que, como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10 %.5. The alkaline electrochemical cell of claim 1, wherein the electrolyte has a hydroxide concentration of about 24% by weight to about 37% by weight, wherein, as used herein, "about" means /-10%. 6. La celda electroquímica alcalina de cualquier reivindicación anterior, en la que la aleación de zinc comprende de aproximadamente 130 ppm a aproximadamente 270 ppm de bismuto y aproximadamente de 130 ppm a aproximadamente 270 ppm de indio, en la que, como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10 %.6. The alkaline electrochemical cell of any preceding claim, wherein the zinc alloy comprises about 130 ppm to about 270 ppm of bismuth and about 130 ppm to about 270 ppm of indium, wherein, as used in the In this document, "approximately" means /-10%. 7. Un separador de celda electroquímica alcalina que comprende un material poroso no conductor, en el que el separador tiene un tamaño medio de poro aproximadamente 1 pm a aproximadamente 5 pm, un tamaño de poro máximo de aproximadamente 19 pm y una permeabilidad al aire de aproximadamente 0.5 cm3/[cm2.s] a aproximadamente 3.8 cm3/[cm2.s] a 125 Pa, determinado usando un porómetro de flujo capilar PMI, en el que como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.7. An alkaline electrochemical cell separator comprising a non-conductive porous material, wherein the separator has an average pore size of about 1 pm to about 5 pm, a maximum pore size of about 19 pm, and an air permeability of about 0.5 cm3/[cm2.s] to about 3.8 cm3/[cm2.s] at 125 Pa, determined using a PMI capillary flow porometer, where as used herein, "approximately" means /-10 %. 8. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1 o el separador de celda electroquímica alcalina de la reivindicación 7, en la que el separador tiene una permeabilidad al aire de aproximadamente 8 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) a aproximadamente 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), a 1 KPa, donde, como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.8. The alkaline electrochemical cell of claim 1 or the alkaline electrochemical cell separator of claim 7, wherein the separator has an air permeability of approximately 8 cm3/[cm2.s] (500 cc/cm2/min) at approximately 50 cm3/[cm2.s] (3000 cc/cm2/min), at 1 KPa, where, as used herein, "approximately" means /-10%. 9. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1 o el separador de celda electroquímica alcalina de la reivindicación 7, en la que el separador tiene un peso base de aproximadamente 20 g/m2 a aproximadamente 32 g/m2, en la que como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10%.9. The alkaline electrochemical cell of claim 1 or the alkaline electrochemical cell separator of claim 7, wherein the separator has a basis weight of about 20 g/m2 to about 32 g/m2, wherein as used In this document, "approximately" means /-10%. 10. La celda electroquímica alcalina de la reivindicación 1 o el separador de celda electroquímica alcalina de la reivindicación 7, en la que el separador tiene un espesor seco de aproximadamente 60 pm a aproximadamente 120 pm, en el que como se usa en el presente documento, "aproximadamente" significa /-10 %.10. The alkaline electrochemical cell of claim 1 or the alkaline electrochemical cell separator of claim 7, wherein the separator has a dry thickness of about 60 pm to about 120 pm, wherein as used herein , "approximately" means /-10%. 11. El separador de celdas electroquímicas alcalinas de la reivindicación 7, en el que el separador es permeable a iones de hidróxido y agua.11. The alkaline electrochemical cell separator of claim 7, wherein the separator is permeable to hydroxide ions and water.
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